2.5. Углеводородныйсостав нефти

^{Данный раздел очень обширен, и мы приведем его краткое содержание в опоре на обширную работу Баженовой и др. Основную наиболее ценную часть нефти составляют углеводороды (УВ). Молекулы углеводородов состоят только из двух элементов - углерода и водорода. Удивительная способность атомов углерода образовывать прочные связи друг с другом обусловило формирование огромное количества соединений углерода и водорода. Углеводороды группируются в три главных класса: алкановые, циклоалкановые и ароматические.}

^{Алкановые (метановые, алифатические, парафиновые УВ) или алканы - предельные или насыщенные УВ с открытой цепью С}_n^H_2n+2^{. Углеродный скелет алканов представляет собой линейные или разветвленные цепи углеродных атомов, соединенных простыми связями. Алканы с линейной цепью называются нормальными (н-алканы), с разветвленной - изоалканы. Ковалентные связи атомов углерода в цепи в обычном состоянии образуют угол 109,5°, поэтому алкановые цепи обычно изображают зигзагообразно, так что соседние связи имеют тупой угол.}

^{Метановые УВ в обычных условиях находятся в разных фазовых состояниях: С}₁^-С_{4 -} ^{газы, С}₅^—С_{15 -} ^{жидкости, C}₁₆ ^{и выше – твердые вещества, твердые парафины обычны в нефти до С}₄₀^{, в то же время разветвленные изомеры того же молекулярного веса в зависимости от структуры могут быть жидкими или твердыми. Алканы практически не растворимы в воде, но хорошо растворяются в ароматических УВ и в органических растворителях. Алканы – химически наиболее инертная группа УВ не способная к реакции присоединения, поскольку все связи насыщены, но для них свойственна реакция замещения, особенно с галогенами, а также дегидрирование, окисление, изомеризация.}

^{Циклоалкановые УВ — цикланы, циклоалканы, полиметиленовые УВ, их называют также циклопарафинами — насыщенные циклические УВ. Ранее наиболее широко для них использовался термин — нафтены; в современной литературе этот термин применяется в основном для обозначения цикланов, содержащих пять иди шесть метильных групп. Циклы УВ этого класса построены на трех и более метиленовых (-СН}₂^{) групп. Молекула представлена от трех до шестичленных циклов.}

^{В нефтях цикланы представлены главным образом пяти- и шестичленными циклами. Поскольку в структуре молекулы циклопентана и циклогексана фиксируется наименьшее отклонение от 109,5° (угол валентных связей трех атомов углерода), то эти соединения наиболее устойчивы. Цикланы с одним циклом называются моноциклическими с общей формулой С}_п^Н_2п-2^{, с двумя — бициклическими — С}_п^Н_2п-2^{, с тремя — трициклическими — С}₂^Н_2п-4^{. В нефти также идентифицированы УВ, представляющие собой различные комбинации пяти и шестичленных циклов, водород метильных групп цикланов часто замещается боковыми це­пями алкильных групп.}

^{По физическим и химическим свойствам цикланы близки к алканам (занимают промежуточное положение между алканами и аренами с тем же числом атомов в молекуле). Цикланы С}₃^-С₄ ^{- газы, С}₅^-С₇ ^{- жидкости, С}₈ ^{и выше – твердые вещества. Цикланы весьма устойчивые вещества, в химические реакции вступают только в присутствии катализаторов и при высокой температуре. Термокаталитические превращения цикланов в зависимости от условий могут сопровождаться изомеризацией боковых цепей и циклов, разрывом углерод-углеродных связей, деструктивным гидрированием, дегидрированием и ароматизацией. Так, циклогексан под действием высоких температур в присутствии платинового катализатора теряет водород и превращается в ароматический (реакция Зелинского).}

^{Содержание цикланов в нефтях колеблется в широких пределах от 25 до 7,9%. Цикланы присутствуют во всех фракциях; их содержание обычно растет по мере утяжеления фракций, но снова падает в наиболее высококипящих фракциях за счет роста содержания аренов. Отмечено распределение цикланов по фракциям: моноцикланы содержатся во фракциях до 300—350°С, бициклические — 160—400°С, трициклические — выше 350—400°С.}

^{Ароматические УВ - арены - класс углеводородов, содержащих шестичленные циклы с сопряженными связями. Общая формула С}_п^Н_2п-р ^{(р = 6, 12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 36). Простейший представитель этого класса УВ - бензол - моноциклический ароматический УВ. Сопряженные (конъюгированные) связи между атомами углерода занимают промежуточное положение между двойными и одинарными. Расстояния между атомами в цикле - 152 Å.}

^{Ароматические УВ в нефтях представлены моноароматическими УВ - бензолом и его гомологами; бициклические - бифенилом и нафталином и их гомологами, три-, тетра- и другие полициклические арены — фенантреном, антраценом, хризеном, пиреном и другими и их гомологами. К ароматическим относят также гибридные УВ, содержащие не только ароматические циклы и алкановые цепи, но и насыщенные циклы. Полициклические арены имеют как конденсированную структуру типа нафталина, так и неконденсированную, при которой ароматические циклы не имеют общих углеродных атомов (типа бифенила), при этом циклы могут быть отделены друг от друга алкановой цепью различной длины.}

^{В бензиновых фракциях преобладают толуол и метил-ксилол; гомологи бензина, содержатся в основном во фракции 180-200°С. В керосиновых фракциях содержатся нафталин и его гомологи, концентрация собственно нафталина ниже, чем его метилпроизводных, как и толуола по сравнению с бензолом. В более высококипящих фракциях помимо полициклических аренов идентифицированы моноароматические УВ, имеющие по несколько насыщенных колец, генетически связанные с УВ ряда гопана и стерана.}

^{Содержание аренов в нефтях изменяется в широких пределах — от 10 до 50%, но в целом их содержание ниже, чем алканов и нафтенов, а наиболее распространенная концентрация — 10—25%, повышенные значения аренов (37%) отмечаются в малопарафиновых нефтях.}

^{Непредельные углеводороды (олефины) - УВ с открытой цепью - алкены; общая формула С}_n^H_2n^{; содержат одну двойную связь. Принято считать, что олефины отсутствуют в природной (сырой) нефти и что они образуются в процессах переработки нефти - при каталитическом термолизе и пиролизе и являются важнейшим сырьем для нефтехимического синтеза.}

^{Олефины нефтей, это продукты радиолитического дегидрирования насыщенных УВ нефти под воздействием естественного радиоактивного излучения в не­драх. В пользу такого радиолитического механизма образования нефтяных олефинов свидетельствует и тот факт, что они в замет­ных концентрациях присутствуют в венд-кембрийских и рифейских нефтях юга Сибирской платформы, залегающих близко к по­верхности фундамента. Повышенные количества олефинов (8 - 10%) отмечаются в нефти месторождения Ярега (район г. Ухты), вблизи которого находятся радоновые источники.}